一种结合3d全息技术的超高精度的超声波波面控制技术
技术领域
1.本发明涉及高精度超声波物体控制技术领域，尤其涉及一种结合3d全息技术的超高精度的超声波波面控制技术。
背景技术：
2.现有超声波波面控制技术主要是采用多个超声波发射器组成阵列模式来进行精确的波面及物体运动控制。主要问题和缺点为两个：其一：多个超声波发射器组成装置后体积不可避免的较大，不适合在小微型设备上使用；其二：使用超声波阵列装置能达到的波面和物体运动控制精度有限，在对操控精度有很高要求的场景中无法满足精度要求，主要是因为：单个超声波发射器体积的限制导致装置阵列的大小偏大，在实际使用中对于微观尺度上的精确操控无法实现；一味增加元器件个数来增加操控精度会线性增加电脑控制的复杂度。
技术实现要素：
3.本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种结合3d全息技术的超高精度的超声波波面控制技术。
4.本发明的技术方案：一种结合3d全息技术的超高精度的超声波波面控制技术，包括盛有水的水箱，所述水箱内设置有超声波发射器，所述超声波发射器上端固定连接有3d打印全息板，所述3d打印全息板的表面通过高精度3d打印技术打印出不同高低的纹理，超声波发射器和3d打印全息板的配合可以在水面产生水波纹，通过控制水面的水波纹来推动颗粒物质的运动。
5.优选的，使用功率为2mhz的常见的超声波发射器，但此方法可以结合使用所有频率的超声波装置。
6.一种超声波波面控制方法，利用上述的超声波波面控制技术，具体包括以下步骤：
7.步骤s1、确认想要使用超声波进行波面及运动控制的具体图像和路径，并通过计算机生成对应的全息图像；
8.步骤s2、使用3d打印机将想要的全息图像打印成精度为375微米的直径为50mm的3d打印全息板；
9.步骤s3、将3d打印全息板与2mhz的超声波发射器紧密贴合，并放置于水中，使3d打印全息板面部朝上，距离水面30mm；
10.步骤s4、在离3d打印全息板30mm的水面上即可检测到相应的超声波波面，通过控制水面的水波纹来推动颗粒物质的运动。
11.优选的，所述步骤s1中，因为全息图像信息存储于相剖面中，所以使用计算角频谱的方法来生成全息对应图像，使用相对较少的计算量即可得到准确的结果。
12.优选的，所述步骤s2中，可以实现15000个超声波像素的精度，比传统的相控阵换能器或阵列式超声波装置高出一个数量级的控制精度。
13.与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
14.(1)：本申请可以使用单个超声波发射器进行驱动，相比于传统的超声波阵列技术，可以使得超声波精确控制的技术应用于更小的场景中，即该技术通过缩小超声波波面和运动控制装置所用元器件的数量和体积，使超声波精确控制技术能够应用于小微场景中。
15.(2)：本申请可以提高在小微尺度上的超声波波面和运动控制的精度，即该技术可以实现单位面积内的进行超高的精确控制自由度。
附图说明
16.图1给出本发明超声波发射器和3d打印全息板的工作模式图；
17.图2为超声波发射器和3d打印全息板在水下的实验图。
18.附图标记：1、超声波发射器；2、3d打印全息板；3、超声波波纹平面；4、水箱；5、水波纹；6、颗粒物质。
具体实施方式
19.下文结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
20.如图1-2所示，本发明提出的一种结合3d全息技术的超高精度的超声波波面控制技术，包括盛有水的水箱4，水箱4内设置有超声波发射器1，超声波发射器1上端固定连接有3d打印全息板2，3d打印全息板2的表面通过高精度3d打印技术打印出不同高低的纹理，超声波发射器1和3d打印全息板2的配合可以在水面产生水波纹5，通过控制水面的水波纹5来推动颗粒物质6的运动。使用功率为2mhz的常见的超声波发射器1，但此方法可以结合使用所有频率的超声波装置。
21.一种超声波波面控制方法，利用上述的超声波波面控制技术，具体包括以下步骤：
22.步骤s1、确认想要使用超声波进行波面及运动控制的具体图像和路径，并通过计算机生成对应的全息图像；
23.步骤s2、使用3d打印机将想要的全息图像打印成精度为375微米的直径为50mm的3d打印全息板2；
24.步骤s3、将3d打印全息板2与2mhz的超声波发射器1紧密贴合，并放置于水中，使3d打印全息板2面部朝上，距离水面30mm；
25.步骤s4、在离3d打印全息板230mm的水面上即可检测到相应的超声波波面，通过控制水面的水波纹5来推动颗粒物质6的运动。
26.所述步骤s1中，因为全息图像信息存储于相剖面中，所以使用计算角频谱的方法来生成全息对应图像，使用相对较少的计算量即可得到准确的结果。
27.所述步骤s2中，可以实现15000个超声波像素的精度，比传统的相控阵换能器或阵列式超声波装置高出一个数量级的控制精度。
28.本发明主要是利用高精度3d打印技术打印出表面具有不同高低纹理的3d全息板，然后通过结合超声波发射器和3d全息板来实现超高精度的波面和超声波运动控制；
29.在传统的超声波阵列的控制方式中，超声波运动控制的最高精度(最小单位)是单个超声波元器件的尺寸，而在本技术方案中，最高精度(最小单位)主要取决于3d打印的精
度，例如用传统的直径1cm的超声波元器件的装置中1平方厘米的表面积中只能实现一个自由度的精确控制，而在本方案中，如果3d打印的精度为100微米(市场上高精度的3d打印可以达到50微米左右的精度)，那在本方案中，同样1平方厘米的表面积中就可以有10000个精确控制自由度。
30.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种结合3d全息技术的超高精度的超声波波面控制技术，其特征在于：包括盛有水的水箱(4)，所述水箱(4)内设置有超声波发射器(1)，所述超声波发射器(1)上端固定连接有3d打印全息板(2)，所述3d打印全息板(2)的表面通过高精度3d打印技术打印出不同高低的纹理，超声波发射器(1)和3d打印全息板(2)的配合可以在水面产生水波纹(5)，通过控制水面的水波纹(5)来推动颗粒物质(6)的运动。2.根据权利要求1所述的一种结合3d全息技术的超高精度的超声波波面控制技术，其特征在于，使用功率为2mhz的常见的超声波发射器(1)，但此方法可以结合使用所有频率的超声波装置。3.一种超声波波面控制方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的超声波波面控制技术，具体包括以下步骤：步骤s1、确认想要使用超声波进行波面及运动控制的具体图像和路径，并通过计算机生成对应的全息图像；步骤s2、使用3d打印机将想要的全息图像打印成精度为375微米的直径为50mm的3d打印全息板(2)；步骤s3、将3d打印全息板(2)与2mhz的超声波发射器(1)紧密贴合，并放置于水中，使3d打印全息板(2)面部朝上，距离水面30mm；步骤s4、在离3d打印全息板(2)30mm的水面上即可检测到相应的超声波波面，通过控制水面的水波纹(5)来推动颗粒物质(6)的运动。4.根据权利要求3所述的一种超声波波面控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，因为全息图像信息存储于相剖面中，所以使用计算角频谱的方法来生成全息对应图像，使用相对较少的计算量即可得到准确的结果。5.根据权利要求3所述的一种超声波波面控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，可以实现15000个超声波像素的精度，比传统的相控阵换能器或阵列式超声波装置高出一个数量级的控制精度。
技术总结
本发明涉及高精度超声波物体控制技术领域，尤其涉及一种结合3D全息技术的超高精度的超声波波面控制技术。其技术方案为：包括盛有水的水箱，所述水箱内设置有超声波发射器，所述超声波发射器上端固定连接有3D打印全息板，所述3D打印全息板的表面通过高精度3D打印技术打印出不同高低的纹理，超声波发射器和3D打印全息板的配合可以在水面产生水波纹，通过控制水面的水波纹来推动颗粒物质的运动。本申请可以使用单个超声波发射器进行驱动，相比于传统的超声波阵列技术，可以使得超声波精确控制的技术应用于更小的场景中；本申请可以提高在小微尺度上的超声波波面和运动控制的精度，即该技术可以实现单位面积内的进行超高的精确控制自由度。控制自由度。控制自由度。
技术研发人员：丁明
受保护的技术使用者：上海日晴智能科技有限公司
技术研发日：2021.09.26
技术公布日：2022/1/21
再多了解一些
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